2전극 전압 클램프와 결합된 Xenopus 난모세포 발현 시스템을 사용하여 사람의 냄새에 반응하는 모기 OR을 기능적으로 특성화하는 프로토콜이 제시되어 인간의 냄새에 대한 노출에 대한 모기 OR의 반응을 탐구하기 위한 강력한 새로운 기술을 제공합니다.
방법 논문
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2전극 전압 클램프와 결합된 Xenopus 난모세포 발현 시스템을 사용하여 사람의 냄새에 반응하는 모기 OR을 기능적으로 특성화하는 프로토콜이 제시되어 인간의 냄새에 대한 노출에 대한 모기 OR의 반응을 탐구하기 위한 강력한 새로운 기술을 제공합니다.
황열병, 뎅기열, 지카열을 포함한 많은 중요한 인간 질병의 매개체인 모기 Aedes aegypti (Linnaeus)는 혈액 식사에 대해 다른 온혈 동물보다 인간 숙주에 대한 강한 선호도를 보여줍니다. 후각 신호는 모기가 주변 환경을 탐색하고 혈액 식사를 얻기 위해 인간 숙주를 찾아 인간 질병을 전염시킬 때 중요한 역할을 합니다. 후각 감각 뉴런에서 발현되는 냄새 수용체(OR)는 모기 매개체와 인간의 냄새의 상호 작용을 담당하는 것으로 알려져 있습니다. Ae. aegypti의 후각 생리학에 대한 더 깊은 통찰력을 얻고 분자 수준에서 인간과의 상호 작용을 조사하기 위해 우리는 Xenopus Oocytes 이종 발현의 최적화된 프로토콜을 사용하여 인간의 냄새에 반응하는 Ae. aegypti 냄새 수용체를 기능적으로 분석했습니다. 세 가지 예시 실험이 제시됩니다 : 1) 4 일에서 6 일 된 Ae. aegypti 더듬이의 OR과 냄새 수용체 공동 수용체 (Orco)의 cRNA 클로닝 및 합성; 2) Xenopus 난모세포에서 ORs 및 Orco의 미세주입 및 발현; 3) 2전극 전압 클램프로 mosquito ORs/Orco를 발현하는 Xenopus 난모세포의 전체 세포 전류 기록. 이러한 최적화된 절차는 연구자들이 흰줄숲모 기에서 인간의 냄새 수신을 조사하고 분자 수준에서 숙주 탐색 활동을 제어하는 기본 메커니즘을 밝힐 수 있는 새로운 방법을 제공합니다.
황열병 모기인 Ae. aegypti는 황열병, 뎅기열, 지카열을 비롯한 많은 치명적인 질병을 전염시켜 엄청난 고통과 인명 손실을 초래할 수 있습니다. 모기는 숙주를 찾기 위해 CO2, 피부 냄새, 체온과 같은 여러 신호를 사용합니다1. 인간과 다른 온혈 동물 모두 CO2를 생성하고 체온이 비슷하다는 점을 감안할 때, 암컷 Ae. aegypti는 숙주 구별2을 위해 주로 피부 냄새에 의존하는 것으로 보입니다. 그러나 이는 인간의 피부 발산물에서 300개 이상의 화합물을 분리한 초기 연구와 함께 복잡한 상황을 만들어냅니다3. 추가 행동 분석은 이러한 화합물 중 다수가 Ae. aegypti 4,5,6,7에서 행동 반응을 유발하는 것으로 나타났지만 모기가 이러한 화합물을 정확히 어떻게 감지하는지는 크게 알려져 있지 않습니다. 우리 그룹의 최근 연구는 Ae. aegypti 숙주 탐색 활동에 관여할 수 있는 몇 가지 인간 냄새 물질을 확인했지만, 그 역할은 아직 추가 행동 분석으로 확인되지 않았습니다8. 이러한 필수 인간 냄새 물질이 Ae. aegypti의 말초 감각 시스템에서 어떻게 해독되는지는 아직 확립되지 않았습니다.
곤충은 후각 부속지에 있는 화학감각 감각(chemosensory sensilla)을 통해 냄새 물질을 감지합니다. 각 감각 내부에는 냄새 수용체(odorant receptor, OR), 이온 수용체(ionotropic receptor, IR), 미각 수용체(gustatory receptor, GRs)를 포함한 다양한 후각 수용체(olfactory receptor)가 후각 감각 뉴런의 막에 발현되어 있다9. 이러한 수술실은 곤충이 마주치는 많은 냄새, 특히 음식, 숙주 및 짝짓기 파트너와 관련된 냄새를 감지하는 역할을 합니다 10,11,12,13. 2전극 전압 클램프와 결합된 Xenopus 발현 시스템을 사용하여 Anopheles gambiae에서 OR의 기능을 탈고화하는 데 초점을 맞춘 이전 연구에서는 Anopheles OR이 인간 발산의 주요 구성 요소인 방향족에 특별히 조정되어 있음을 발견했습니다14. 최근 게놈 연구는 Ae. aegypti15에서 최대 117개의 OR 유전자를 확인했다. 결과적으로, 인간의 냄새나 산란 자극과 같은 생물학적으로 또는 생태학적으로 중요한 냄새 물질에 대응하여 이러한 Aedes OR의 기능을 체계적으로 다루는 방법은 Ae. aegypti의 화학 생태학 또는 신경 행동학을 더 깊이 이해하고자 하는 사람들에게 유용한 정보를 제공할 것입니다.
2전극 전압 클램프(TEVC) 기술은 원래 1990년대 중반에 멤브레인 이온 채널의 기능을 조사하기 위해 개발되었습니다16,17. 그 이후로 TEVC는 14,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32 등의 다양한 곤충 종의 OR을 조사하는 데 사용되었습니다,33,34. OR에 대한 이러한 기능적 검사는 다음과 같은 곤충의 중요한 생태학적 질문에 답하는 데 실질적으로 기여했습니다. 1) 곤충은 어떻게 먹이 공급원을 찾습니까? 2) 짝짓기 파트너가 방출하는 휘발성 섹스 페로몬에 어떻게 끌리나요? 3) 그들은 자손을 위한 완벽한 산란 장소를 어떻게 찾습니까? 4) 무는 벌레로부터 인간을 효율적으로 보호할 수 있는 식물 유래 또는 합성 화합물이 있습니까? 이러한 질문에 대한 답은 모기와 같은 중요한 질병 매개체를 통제하는 데 매우 중요합니다.
인간 배아 신장 세포주 293(HEK293), 초파리 빈 뉴런 시스템, 아연-핑거 뉴클레아제, 전사 활성제와 같은 효과기 뉴클레아제 및 CRISPR/Cas9 유전자 편집 시스템을 기반으로 하는 방법을 포함한 여러 다른 접근 방식도 OR 기능 연구에 사용되었습니다 12,20,35,36,37. 그러나 이러한 기술은 모두 경험 많은 분자 생물학자의 기술을 필요로 하며 잠재적으로 여러 가지 혼란스러운 요인을 포함합니다. TEVC/난모세포 발현은 냄새 유발 수용체 전류와 이온 전도도를 직접 측정할 수 있으며 cRNA에서 수용체를 발현하는 데 필요한 빠르고 빠른 설정 시간이라는 추가 이점이 있습니다. 따라서 본 연구에서는 TEVC를 사용하여 잠재적인 생물학적 관련성이 있는 여러 냄새 물질에 대한 Ae. aegypti OR55(AaegOR55)의 반응을 조사하여 AaegOR55•AaegOrco로 발현된 난모세포가 인간 냄새 물질인 벤즈알데히드에 대한 용량 의존적 반응을 보였다는 것을 밝혔습니다.
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이 절차에 대한 프로토콜인 실험실 동물의 관리 및 사용은 승인 및 모니터링됩니다(Auburn University의 기관 동물 관리 및 사용 위원회: 승인된 프로토콜 # 2016-2987).
참고: 맞춤형 유전자 합성은 모기 OR 유전자 복제에 대한 실행 가능한 대안입니다.
1. 모기와 후각 부속물(안테나) 수집
2. 또는 Ae. aegypti의 더듬이에서 복제
3. cRNA 합성
4. 제노푸스 난모세포 컬렉션
참고: 이 절차는 Schneider et al.38의 지침을 따릅니다.
5. cRNA 미세주입 및 이종 난모세포에서 냄새 수용체(OR) 및 OR 공동 수용체(ORCO)의 발현
6. 2전극 전압 클램프 시스템을 사용한 전체 셀 전류 기록(그림 2)
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우리는 최근 SSR(Single sensillum Recording) 기법을 사용하여 Ae. aegypti 숙주 탐색 행동8에 중요하다고 생각되는 인간 냄새 물질을 정확히 찾아냈습니다. 그러나 Ae. aegypti의 말초 감각 시스템에서 인간의 냄새 물질을 감지하는 과정을 주도하는 분자 메커니즘은 아직 알려져 있지 않습니다. OR은 대부분의 곤충에서 냄새 리간드 검출에 중요한 역할을 합니다 10,11,12. 이러한 기능을 수행하려면 각 OR이 Orco와 함께 발현되어 헤테로머 리간드 게이트 이온 채널을 형성해야 합니다(그림 4). 일단 특정한 ligands에 의해 결합되면, 세포막에 표정된 heteromeric 이온 수로는 활성화되고 열...
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TECHC는 막 수용체의 기능을 검사하는 데 널리 사용되는 고전적인 기술입니다. 여기에 제시된 절차와 상당한 유사성을 공유하는 상세한 프로토콜이 이미 발표되었지만43 , 여기에서 제안된 방법은 몇 가지 중요한 수정 사항을 소개합니다. 예를 들어, 여기에서, OR과 Orco 모두의 cRNA는 사전 혼합되어 합성 직후 소량 샘플로 분주화되고, 주입 직전에 파라막상에서 이들을 별도로 혼합하는 것이 아니라, 사용할 때까지 -80°C에서 보관된다(43). 또한, 난모세포를 채취한 후 근육과 피부 모두의 상처를 봉합하기 위해 흡수성 봉합사를 사용하기로 선택하는데, 이는 봉합사가 개구리에 흡수될 수 있고 나중에 제거할 필요가 없기 때문에 근육을 봉합하는 데 특히 유용합니다. 또한 각 개구리에서 채취한 난소의 양은 각 실험의 필요에 따라 유연합니다. Nakagawa and Touhara(2013)의...
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이 프로젝트는 앨라배마 농업 실험 스테이션(AAES) Multistate/Hatch Grants ALA08-045, ALA015-1-10026 및 ALA015-1-16009에서 NL에 수여하는 상으로 지원되었습니다.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 24웰 세포 배양 플레이트 | CytoOne | CC7682-7524 | 난모세포 배양에 사용 |
| 아프리카 발톱 개구리 | Nasco | LM00535 | Xenopus 난모세포 |
| Ag/AgCl 와이어 전극 | Warner Instruments | 64-1282 | 미세 전극에 사용 |
| Clampex 10.3 | Axon | N.A. | 신호 기록에 사용 |
| 클램프핏 10.3 | 축삭 인스트루먼트 Inc. | 해당 없음 | 데이터 분석에 사용 |
| Collagenase B | Sigma | 11088815001 | 난모세포 소화에 사용 |
| Digidata 디지타이저 | Axon CNS | Digidata 1440A | 데이터 수집에 사용 |
| E.Z.N.A. 플라스미드 DNA 미니 키트 | Omega | D6942-01 | 플라스미드 제제에 사용 |
| Ethyl-M-aminobenzoate methanesulfonate salt | Sigma | 886-86-2 | 개구리 마취에 사용 |
| 유리 모세관 | FHC | 30-30-1 | 미세 주입에 사용 |
| 유리 모세관 | Warner Instruments | 64-0801 | 미세 전극 준비에 사용 |
| GyroMini Nutating Mixer | Labnet | S0500 | 난모 세포 소화에 사용 |
| 곤충 성장실 | Caron 제품 | 모델 6025 | 난모 세포 배양에 사용 |
| Leica 현미경 Leica | S6 D | 모기 안테나를 절단하는 데 사용 | |
| 광원 | Schott | A20500 | 관찰용 광원 제공 |
| 마그네틱 스탠드 | Narishige | GJ-1 | 기준 전극을 고정하는 데 사용 |
| Micromanipulator | Leica | 115378 | 전극의 작은 움직임에 사용 |
| Micropipe 풀러 | Sutter | 모델 P-97 | 모세혈관을 당기는 데 사용 |
| 마이크로피펫 베벨러 | Sutter | 모델 BV-10 | 모세혈관을 날카롭게 하는 데 사용 |
| mMESSAGE mMACHINE T7 kit | Invitrogen | AM1344 | cRNA 합성에 사용 |
| Nanoject II Auto-Nanoliter Injector | Drummond | 3-000-204 | 미세주입에 사용 |
| Oligo d(T)20-primed SuperScript IV First-Strand Synthesis System | Invitrogen | 18091050 | 사용 cDNA 합성 |
| 올림푸스 현미경 | 올림푸스 | SZ61 | 미세주입에 사용 |
| One Shot TOP10 화학적으로 유능한 대장균 세포 | Invitrogen | C404003 | 형질전환에 사용 |
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| TURBO DNA-free kit | Invitrogen | AM1907 | RNA에서 DNase 및 기타 이온을 제거하는 데 사용됩니다 |
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